JP2003194250A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ステムや筒状ガイドなどに偏磨耗が生じること
を防止し、さらにステムに取り付けられた弁体が常に、
安定した姿勢で弁座に着座することができ、弁開閉の応
答性が良好で、さらにはコスト低減にも寄与する流量制
御弁を提供する。 【解決手段】それ自身回転不能で軸方向にのみ移動可能
な筒状ガイド５６と、ステム４４とをそれぞれ別体で形
成し、これらを連結ピン６２で連結するにあたり、ピン
６２とステム４４との間にクリアランスを設けたことを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を調整
するために用いられる電動比例弁などの流量制御弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流量制御弁１００では、
例えば、図７に示したように、モータＭからの駆動力
が、回転力としてスピンドル１０２に伝達されると、こ
のスピンドル１０２が回転されるとともに、このスピン
ドル１０２の回転力は、スピンドル１０２の外周面に螺
子結合された筒状ガイド１０６に伝達される。この筒状
ガイド１０６は、ボンネット部材１０８のスピンドル収
容孔１１０内に遊嵌されているが、底部外周面に設けら
れた直線状突起１１２がボンネット部材１０８のスピン
ドル収容孔１１０に連通して形成された細幅の案内溝１
１４内に差し込まれているため、スピンドル１０２から
回転力を受けても、それ自身は回転することができな
い。したがって、筒状ガイド１０６は、スピンドル収容
孔１１０内で軸方向にのみ移動することが可能にされて
いる。

【０００３】したがって、このような流量制御弁１００
では、モータＭの回転駆動力により、スピンドル１０２
が回転されると、その力に基いて筒状ガイド１０６が軸
方向に移動し、これに伴ってステム１１６が軸方向に移
動されることにより、ステム１１６の先端に取り付けら
れた弁体１１８と弁座１２０との間の弁操作が行なわれ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の流量制御弁１００では、ステム１１６と筒状ガイ
ド１０６とは、一体物から削り出し加工により形成され
ていた。しかしながら、このように長尺物が加工される
と、ステム１１６と筒状ガイド１０６との間の軸芯にず
れが生じ易くなる。仮に、このような軸芯にずれが生じ
てしまうと、筒状ガイド１０６が移動する際の摺動抵抗
が大きくなって、筒状ガイド１０６の内外の周面、ある
いはステム１１６の外周面などに偏磨耗が生じるという
問題があった。また、軸芯のずれた流量制御弁が長期間
使用されると、場合によっては、弁体１１８の弁座１２
０への当りがうまく噛み合わないため、弁開閉の応答性
が悪くなるという問題があった。さらに、従来の流量制
御弁では、一体構造の筒状ガイドとステムとの削り出し
加工に精密さが求められるため、コスト高になるという
問題があった。

【０００５】本発明はこのような実情に鑑み、ステムや
筒状ガイドなどに偏磨耗が生じることを防止し、さらに
ステムに取り付けられた弁体が常に、安定した姿勢で弁
座に着座することができ、弁開閉の応答性が良好で、さ
らにはコスト低減にも寄与する流量制御弁を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る流量制御弁は、軸方向に貫通してスピン
ドル収容孔が形成されるとともに、このスピンドル収容
孔の一端開口側に連続して、該スピンドル収容孔を横断
する案内溝が形成されたボンネット部材と、前記ボンネ
ット部材の前記スピンドル収容孔内に軸方向には移動不
能に径方向には回転可能に収容されるとともに、軸部の
外周面に雄螺子が形成されたスピンドルと、前記ボンネ
ット部材と前記スピンドルとの間に介装され、筒部の内
周面に雌螺子が形成されるとともに、径方向にはピン挿
入孔が軸方向にはステム挿入孔がそれぞれ貫通して形成
された筒状ガイドと、前記筒状ガイドの前記ピン挿入孔
内に挿入され、両端部が前記スピンドル収容孔を横断し
て形成された前記案内溝内に配置されることにより、前
記筒状ガイドを前記スピンドル収容孔内で回転不能に支
持する連結ピンと、前記筒状ガイドの前記ピン挿入孔内
に挿入された別体の前記連結ピンにより前記筒状ガイド
に一体的に支持されるステムと、前記スピンドルの外周
面に形成された雄螺子と前記筒状ガイドの内周面に形成
された雌螺子との間に構成され、モータからの回転力が
前記スピンドルに加えられたときに、このスピンドルの
回転運動を、直線運動に変換して前記筒状ガイドに伝達
する力変換手段と、を備えたことを特徴としている。

【０００７】このような構成による本発明によれば、筒
状ガイドとステムとが予め別体で形成され、これらが連
結ピンを介して一体的に取り付けられているため、加工
費が安くなる。また、前記筒状ガイドに形成された前記
ステム挿入孔の径は、前記連結ピンの径より若干大きく
設定され、前記ステムが前記筒状ガイドに対して揺動可
能に支持されていることが好ましい。

【０００８】このような構成であれば、ステムを直線的
に移動させるときに、このステムを若干揺動させながら
移動させることができるので、筒状ガイドやステムなど
に無理な力が作用することはい。したがって、筒状ガイ
ドやステムの摺動部などにおける偏磨耗を防止すること
ができ、また常に安定した姿勢で弁体による弁操作を行
なうことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（実施例）について説明する。図１は、本
発明の流体制御弁の縦断面図、図２は、右側半分は弁閉
状態を左側半分は弁開状態を示している図１の部分拡大
断面図で、図３は、図１の部分拡大断面図、図４は、図
１のＡ−Ａ線での断面図、図５は、本発明の流体制御弁
の弁閉状態の縦断面図、図６は、本発明の流体制御弁の
弁開状態の縦断面図である。

【００１０】図１に示したように、この流体制御弁１
は、弁本体２と、弁本体２の上部に一体的に固着され弁
駆動部４の一部を構成するステッピングモータＭとから
構成されている。そして、弁本体２の内部に、弁座６を
備えた弁室８が設けられている。また、弁本体２の左右
両端側には、流体の流入管１０と流出管１２をそれぞれ
接続する接続部１４、１６が設けられている。

【００１１】また、弁本体２の上部の弁駆動部４との間
の連結部分１１の開口部１８に形成されたフランジ部２
０には、ベローズ弁２２が嵌着されている。このベロー
ズ弁２２は、弁体基端部２４と、この弁体基端部２４の
下方に一体的に連結された伸縮自在に構成された弁室と
外部とを遮断するためのベローズ２６と、このベローズ
２６の下端に一定的に連結され弁座６に対して離接可能
な弁体２８とから構成されている。

【００１２】ベローズ弁２２の弁体基端部２４の上縁部
２４ａは、フランジ部２０の上面２０ａに当接するとと
もに、図２および図３に示したように、連結部分１１に
形成されたフランジ部２０に当接する弁体基端部２４の
当接面２４ｂには、断面略三角形状の環状のビード３０
が突設されている。このベローズ弁２２の弁体基端部２
４の中央の開口部２４ｃには、ロッドガイド部材３２の
円筒形状のロッド案内部３４が挿通されている。ロッド
ガイド部材３２の基端部３６には、その外周壁が内方に
傾斜するテーパー面３８を備えている。

【００１３】また、ロッドガイド部材３２の基端部３６
には、ベローズ２６の内部の空気を逃すための逃し孔４
０が、ロッド案内部３４の外周に沿って複数個形成され
ている。また、ロッドガイド部材３２の中央の開口部３
２ａには、上下に摺動可能にステム４４が挿通されると
ともに、その下端部４４ａがベローズ弁２２の弁体２８
に螺着されて、抜け止め防止用ナット４６で固定されて
いる。

【００１４】このロッドガイド部材３２の外周壁のテー
パー面３８と、弁本体２の上部の弁駆動部４との間の連
結部分１１の開口部１８の内周壁１８ｂとの間には、Ｏ
リングシール部材４２が介装されている。そして、弁本
体２の上部の弁駆動部４との間の連結部分１１の開口部
１８の上端部１８ａには、弁駆動部４の一部を構成する
ボンネット部材４８が固定されるようになっている。ボ
ンネット部材４８には、軸方向に貫通して、スピンドル
収容孔４８ｅが形成され、このスピンドル収容孔４８ｅ
に、スピンドル５２が収容されている。

【００１５】このボンネット部材４８の下端部４８ｃに
は、側方フランジ４８ｄが形成されているとともに、開
口部１８の上端部１８ａよりも下方に位置するように押
圧部５４が形成されている。このように構成することに
よって、図３に示したように、側方フランジ４８ｄに形
成された螺子孔に螺子ボルトを締め付けて、ボンネット
部材４８を開口部１８の上端部１８ａに固定した際に、
ボンネット部材４８の下端部４８ｃの押圧部５４によっ
て、ロッドガイド部材３２が下方に押圧されることにな
る。

【００１６】これによって、ロッドガイド部材３２を介
して、ベローズ２６の弁体基端部２４の上縁部２４ａの
当接面２４ｂが、連結部分１１の開口部１８のフランジ
部２０の上面２０ａに押圧されることになる。そして、
弁体基端部２４の当接面２４ｂに突設されたビード３０
が押し潰されて、図３の矢印Ｂで示したように、連結部
分１１の開口部１８のフランジ部２０と弁体基端部２４
との間をシールするように構成されている。

【００１７】また、前述したようにボンネット部材４８
で締結した際に、ロッドガイド部材３２の外周壁のテー
パー面３８によって、Ｏリングシール部材４２が、ベロ
ーズ２６の弁体基端部２４と、連結部分１１の開口部１
８の内周壁１８ｂとに対してそれぞれ圧接されて、これ
らの間でシール性を付与するように構成されている（図
３の矢印Ｃ、Ｄ参照）。

【００１８】従って、これらの間でシール性を付与する
ので、二重のシール構造となり、連結部分１１と弁体基
端部２４との間において、極めて優れたシール性を確保
することができる。また、このビード３０によるシール
性が確保されるとともに、使用中における高温や、圧力
の影響によるクリープ現象によって、また経時変化によ
って、ビード３０の塑性変形が生じても、上記の二重の
シール構造によってシール性が十分確保されているの
で、流体が外部に漏洩することがないようになってい
る。

【００１９】この場合、テーパー面３８のテーパー角度
αとしては、このようなシール効果を考慮すれば、４５
°に設定するのが望ましい。また、弁本体２、ベローズ
２６、ロッドガイド部材３２、およびボンネット部材４
８としては、半導体装置のための純水、薬液などに使用
される場合を考慮すれば、合成樹脂、特に、例えば、ポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重
合体（ＰＦＡ）などのフッ素樹脂や、ポリフェニレンス
ルフィド（ＰＰＳ）ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥ
ＥＫ）などのエンジニアリングプラスチックを使用する
のが好ましいが、特に限定されるものではない。

【００２０】一方、弁駆動部４のボンネット部材４８の
上方には、ステッピングモータＭが配置されており、こ
のステッピングモータＭの回転軸５０には、雌のセレー
ション５１が形成されており、このセレーション５１
に、弁駆動部４のスピンドル５２の上端の雄のセレーシ
ョン５３が嵌合されるようになっている。スピンドル５
２は、止輪部材５５によって、ボンネット部材４８の上
端の固定部材５７の開口部５９に装着された軸受け６０
に回転可能に挿着固定されている。そして、スピンドル
５２の軸受け部５２ａと止輪部材５５によって、スピン
ドル５２は上下方向には移動できないように構成されて
いる。

【００２１】また、スピンドル５２の下方部の外周に
は、雄螺子５２ｂが形成されており、この雄螺子５２ｂ
が、スピンドルの外周に挿着された筒状ガイド５６の内
周に形成された雌螺子５８と螺合するようになってい
る。図３および図４に示したように、筒状ガイド５６の
下端部には、径方向にピン挿入孔６７が形成されてお
り、このピン挿入孔６７と、ステム４４の上端部に形成
されたピン挿入孔４４ｂとの間に、連結ピン６２を挿通
するようになっている。そして、図４に示したように、
連結ピン６２の両端６４を、ボンネット部材４８の下方
に形成された縦方向の案内溝６６に沿って配置し、筒状
ガイド５６およびこれに連結されたステム４４が、上下
動可能に摺動するように装着されている。これによっ
て、筒状ガイド５６とステム４４とが連動して、案内溝
６６に沿って上下動可能にされている。

【００２２】なお、この場合、筒状ガイド５６のピン挿
入孔６７およびステム挿入孔６１と、ステム４４の上端
部のピン挿入孔４４ｂと、連結ピン６２との間には、ク
リアランスが設けられている。すなわち、連結ピン６２
により筒状ガイド５６内に支持されたステム４４は、軸
方向に移動する際に、若干、頭部が揺動できるように設
定されている。具体的には、筒状ガイド５６の軸方向に
形成されたステム挿入孔６１の大きさは、ステム４４の
直径より若干大きく形成され、その開口端縁近傍６１ａ
は、ステム４４の頭部の形状に対応してテーパ状に形成
されている。また、ステム４４のピン挿入孔４４ｂの径
は、連結ピン６２の径より、若干大きく形成されてい
る。

【００２３】さらに、ボンネット部材４８の壁部４８ａ
および固定部材５７にはそれぞれ、ロッドガイド部材３
２の基端部３６に形成された、ベローズ２６の内部の空
気を逃すための逃し孔４０と案内溝６６を介して連通す
る、縦方向に貫通する逃し孔４８ｂ、５６ｂが形成され
ている。これらの逃し孔４０、４８ｂ、５６ｂによっ
て、ベローズ弁２２が上下動した際に、ベローズ２６内
の空気が外部から導入、排出されることによって、ベロ
ーズ弁２２の作動がスムーズに行えるように構成されて
いる。

【００２４】このように構成することによって、ステッ
ピングモータＭの回転軸５０の回転が、回転軸５０に形
成された雌のセレーション５１とスピンドル５２の上端
の雄のセレーション５３との間の嵌合によって、直接ス
ピンドル５２に伝達される。そして、スピンドル５２に
伝達された回転は、スピンドル５２は上下方向には移動
できないように構成されているので、スピンドル５２の
下方部の外周の雄螺子５２ｂと筒状ガイド５６の内周に
形成された雌螺子５８と螺合によって、筒状ガイド５６
の上下方向の移動に変換される。

【００２５】そして、筒状ガイド５６の上下方向の移動
は、連結ピン６２を介して、ステム４４に伝達され、連
結ピン６２の両端６４が、ボンネット部材４８の下方に
形成された縦方向の案内溝６６に沿って、上下動可能に
摺動することによって、筒状ガイド５６とステム４４と
が連動して、案内溝６６に沿って上下動可能なようにさ
れている。

【００２６】これによって、ステム４４が下方に移動し
た際には、図５に示したように、ステム４４の下端部４
４ａに固定されたベローズ弁２２の弁体２８が下方に移
動して、弁室８の弁座６に着座して弁閉状態となるよう
になっている。また、逆に、ステム４４が上方に移動し
た際には、図６に示したように、ステム４４の下端部４
４ａに固定されたベローズ弁２２の弁体２８が上方に移
動して、弁開状態となるようになっている。

【００２７】このように、ステッピングモータＭの回転
軸５０の回転が、回転軸５０に形成された雌のセレーシ
ョン５１とスピンドル５２の上端の雄のセレーション５
３との間の嵌合によって、直接スピンドル５２に伝達さ
れるとともに、スピンドル５２は上下方向には移動でき
ないように構成されているので、セレーションの同士の
嵌合長さが変化しない、すなわちセレーションの接触面
積が常に同じであるので、安定した回転伝達力を得るこ
とができる。

【００２８】また、このようにセレーションが上下に移
動しないので、セレーションの間の磨耗損傷がなく、耐
磨耗性が向上することになる。また、セレーションが上
下に移動しないので、弁のストロークを大きくすること
ができ、流体の流量の制御範囲を拡大することができ
る。さらに、スピンドル５２が上下に移動しないので、
スピンドル５２の下方部の外周の雄螺子５２ｂと筒状ガ
イド５６の内周に形成された雌螺子５８から形成される
送り螺子部にゴミが侵入するおそれがない。

【００２９】また、筒状ガイド５６のピン挿入孔６７
と、ステム４４の上端部のピン挿入孔４４ｂと、連結ピ
ン６２との間には、クリアランスが設けられているの
で、作動時に、スピンドル５２、筒状ガイド５６、ステ
ム４４などの嵌合により、芯ずれが発生したとしても、
ステム４４がＸ−Ｙ方向に自由に移動できる、すなわ
ち、首振り機構として機能するので、Ｘ−Ｙ方向に筒状
ガイド５６を介して上下にスムーズに移動することがで
き、筒状ガイド５６、ステム４４などが磨耗損傷するこ
となく、円滑な弁の作動を確保することができる。

【００３０】また、筒状ガイド５６とステム４４とが、
削り出し加工による一体品ではないので、これらの材質
を別々に選定でき、筒状ガイド５６、ステム４４を異な
る材質で選択でき、耐久寿命を向上することが可能であ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る流量
制御弁によれば、筒状ガイドとステムとが予め別体で形
成され、これらを連結ピンで一体化する構造であるの
で、切削加工費が少なくなり、コストの低減を図ること
ができる。また、ステムのピン挿入孔と連結ピンとの間
にクリアランスが設けられているため、ステムが軸方向
に移動する時に若干揺動するように首を振らせることが
できる。したがって、ステムと筒状ガイドとが削り出し
加工による一体品である場合のように、ステムと筒状ガ
イドとの間に、軸芯のずれが生じてしまうことがない。
また、軸芯のずれによりステムが無理な姿勢で軸方向に
移動することもない。

【００３２】このように、本発明によれば、筒状ガイド
とステムとが連結ピンにより揺動可能な状態で結合され
ているので、摺動部の偏磨耗などの発生を防ぐことがで
き、これにより、常に安定した弁操作を行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の流量制御弁の縦断面図であ
る。

【図２】図２は、右側半分は弁閉状態を左側半分は弁開
状態を示している図１の部分拡大断面図である。

【図３】図３は、図１の部分拡大断面図である。

【図４】図４は、図１のＡ−Ａ線での断面図である。

【図５】図５は、本発明の流量制御弁の弁閉状態の縦断
面図である。

【図６】図６は、本発明の流量制御弁の弁開状態の縦断
面図である。

【図７】図７は、従来の流量制御弁の部分拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 流量制御弁 ４４ ステム ４４ａ ステム挿入孔 ４４ｂ ピン挿入孔 ４８ ボンネット部材 ４８ｅ スピンドル収容孔 ５２ スピンドル ５２ｂ 雄螺子 ５６ 筒状ガイド ５８ 雌螺子 ６１ ステム挿入孔 ６２ 連結ピン ６６ 案内溝 ６７ ピン挿入孔 Ｍ モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に貫通してスピンドル収容孔が形
   成されるとともに、このスピンドル収容孔の一端開口側
   に連続して、該スピンドル収容孔を横断する案内溝が形
   成されたボンネット部材と、 前記ボンネット部材の前記スピンドル収容孔内に軸方向
   には移動不能に径方向には回転可能に収容されるととも
   に、軸部の外周面に雄螺子が形成されたスピンドルと、 前記ボンネット部材と前記スピンドルとの間に介装さ
   れ、筒部の内周面に雌螺子が形成されるとともに、径方
   向にはピン挿入孔が軸方向にはステム挿入孔がそれぞれ
   貫通して形成された筒状ガイドと、 前記筒状ガイドの前記ピン挿入孔内に挿入され、両端部
   が前記スピンドル収容孔を横断して形成された前記案内
   溝内に配置されることにより、前記筒状ガイドを前記ス
   ピンドル収容孔内で回転不能に支持する連結ピンと、 前記筒状ガイドの前記ピン挿入孔内に挿入された別体の
   前記連結ピンにより前記筒状ガイドに一体的に支持され
   るステムと、 前記スピンドルの外周面に形成された雄螺子と前記筒状
   ガイドの内周面に形成された雌螺子との間に構成され、
   モータからの回転力が前記スピンドルに加えられたとき
   に、このスピンドルの回転運動を、直線運動に変換して
   前記筒状ガイドに伝達する力変換手段と、を備えたこと
   を特徴とする流量制御弁。
2. 【請求項２】前記筒状ガイドに形成された前記ステム挿
   入孔の径は、前記連結ピンの径より若干大きく設定さ
   れ、前記ステムが前記筒状ガイドに対して揺動可能に支
   持されていることを特徴とする請求項１に記載の流量制
   御弁。